成像光谱仪一体化设计
HyMap成像光谱仪系统和高光谱数据应用
HyMap成像光谱仪系统及其应用1.HyMap成像光谱仪系统简介HyMap机载成像光谱仪是由澳大利亚集成光电公司(ISPL)研制生产的,投入商业性运营的机载成像光谱仪。
经过近5年的发展，它已成为技术较为完善、系统较为配套的新一代使用型航空高光谱成像仪的代表。
HyMap于1997年开始应用于商业勘探领域，尤其在地质勘探领域特别是矿物填图方面得到了广泛应用。
为了推进成像光谱技术在我国地质找矿中的应用，中国地质调查局于2002年通过租用澳大利亚机载成像光谱仪的方式,开展了新疆东天山地区航空成像光谱飞行、数据获取、数据处理,以及应用研究工作,为澳大利亚机载成像光谱仪引进和成像光谱技术推广应用奠定了基础。
并于2012年通过天津中科遥感信息技术有限公司，与澳大利亚集成光电公司(ISPL)签订了HyMap的购买合同。
图1 HyMap成像光谱仪及其获取的影像2.HyMap成像光谱仪系统的主要组成HyMap成像光谱仪系统主要有硬件和软件系统组成，其中硬件系统包括：HyMap-C主机，由4个探测器组织,每个探测器有32个通道；以及备用探测器 集成稳定平台（GSM3000）POS（IMU/DGPS）系统主机和稳定平台之间的PAV30的适配环定标设备电子部件和备用电子设备控制部件、数据传输与存储等部件、存储介质（SSD硬盘）软件系统包括：飞行管理系统数据预处理及几何校正软件无缝拼接软件大气校正，光谱重建和矿物提取软件3.HyMap成像光谱仪的成像模式HyMap的分光器件为色散型成像光谱仪，其扫描方式为光机旋转式。
光栅色散型成像光谱仪其原理为：入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射的辐射经准直光学系统准直后，经棱镜和光栅狭缝色散后由成像光谱系统将光能按波长顺序成像在探测器的不同位置上。
具有一个成45°斜面的扫描镜，在电机的带动下进行360°旋转，其旋转水平轴与遥感平台前进方向平行。
线阵列探测器用于探测任一瞬时视场内目标点的光谱分布。
显微光谱成像装置研制实验设计研究-实验设计论文-设计论文
显微光谱成像装置研制实验设计研究-实验设计论文-设计论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：基于已完成的自组荧光显微镜实验教学装置，研制了一套通过有序控制光谱仪和振镜实现显微光谱成像的装置，并开发了配套的光谱图像采集分析软件。
利用该装置完成了量子点荧光样品的荧光光谱测量、白光照明成像和显微光谱成像等实验内容。
该光谱成像装置的研制和实验设计能帮助学生掌握光谱成像的原理、实验操作方法和成像数据处理方法，拓展学生的研究内容和视野，提高学生的创新能力。
关键词：光谱成像装置；显微成像；荧光光谱显微光谱成像技术是一种通过有机整合光学显微成像技术和光谱分析技术，给出待测样品光学分辨率下的空间位置信息和与之相对应的光谱信息的成像探测技术。
该技术实现了空间显微成像分辨能力和光谱探测能力的优势互补，可以完成光学分辨率下的空间成像和位置定位，同时可以提供样品的光谱成分分析以及不同光谱成分的选择性成像。
显微光谱成像技术在生物荧光成像、医学成像、荧光材料研制等领域都有着广泛应用，是在这些领域中进行科研的有效实验手段[1-6]。
近些年来，如何将科学研究中常用的一些实验技术融合到实验教学中是高校实验教学改革的热点课题之一[7-8]。
目前，南开大学物理实验教学中心在已开设的物理实验课程基础上，依托本校优势学科和已设立的自制实验教学仪器设备等项目，正在逐步将部分研究成果转化为具体的物理实验教学内容，为物理实验教学改革提供有益的尝试。
基于此，本实验中心尝试研制了显微光谱成像装置，并自行编写了该装置的控制和成像软件。
该装置主要通过振镜将激发光束反射进入显微物镜聚焦在样品某一位置处，此位置处的样品经激发后发出荧光，荧光被同一物镜收集，透过双色镜后进入荧光采集光路，探测器获取该位置处的荧光和光谱数据；通过有序控制光谱仪和振镜，计算机将有序采集的某一区域的光谱信号和相应位置信息进行数据处理，获得该区域样品的显微光谱图像。
多光谱、超光谱成像技术在军事上的应用
５８７—６０２．
【２】 ＥＩＳＭ＾ＮＮ Ｍ Ｔ，ＣＥＤＥＲＱＵＩＳＴ Ｊ Ｎ，ＳＣＨｗＡＲＴＺ Ｃ Ｒ．
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脚ｂ，１９９４，２２３５：１３０—１４７． ，，Ｐｌ佻∞曲呜ｓ ｏｆ ＳＰｍ，ＳｉｇＩｌａｌ ａｎｄ Ｄａｔａ ＰＩ眦ｅｓｓｉ呜０ｆ Ｓｍ棚
Ｃｈｉ船．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｃｌｌｉｎａ（刘永鹏，高金元，张 平。捷联式酝羚成豫导零｜头光轴稳定疆究．孛国舷燮学会控铡 与应用第十一属学术颦会论文集．ｊ￡京：牵国航空学会），
２００３：６６３—６６７．
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Ｔ．ｎ锄ａｌ 【３】 Ｓ（ＨＷ筒ＲＴＺ Ｃ Ｒ，ＥＩＳＭＡＮＮ Ｍ
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带宽，中心波长为８．７、９．１５、９．３５斗ｍ的三个波段为热红
图４多光谱探测前视红外系统（Ｈ原）通，用ｌ组、件，如图８所 示，导引 头光 Ｆｉｇ？轴ｊ＿·偏？。离！己初；；始ｊｊ≥位ｉ一鬣‘的 二二角ｊ≤度０ｉ毒接蠡薯近专于＿ 零。瞬８
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参考文献：
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高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计
高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【摘要】为了同时满足光谱分辨率、光谱范围、探测器(CCD)上光谱信号覆盖区域要求,提出一种基于Czerny-Turner(CT)结构拉曼光谱仪的综合设计方法,通过Zemax软件采用逐步手动调节光栅倾斜,自动优化聚焦镜、柱面镜以及CCD间倾角和距离的方式,设计出全波段光谱分辨率优于4 cm-1,光谱波数范围为80~3 967 cm-1,光学结构尺寸为90 mm×130 mm×40 mm的微型拉曼光谱仪.%In this paper,to simultaneously meet the requirements of the spectral resolution,spectral range and the spectrum signal coverage area on detector(CCD),we used Zemax to adjust the grating angle gradually and manually,optimize the focusing mirror,the cylindrical lens,the CCD angles and distances between all of them automatically.We proposed a comprehensive design method of Raman spectrometer,which is based on the Czerny-Turner(CT) structure,and successfully designed this micro-Raman spectrometer that owned the full-band spectral resolution better than 4 cm-1,wave number spectral range of 80~3 967 cm-1and the optical structure size of 90 mm×130 mm×40 mm.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】7页(P75-81)【关键词】拉曼光谱仪;光学设计;Czerny-Turner结构;Zemax【作者】谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程院, 上海 200093;上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093【正文语种】中文【中图分类】O436光谱仪是进行光谱研究和物质成分分析的仪器,有着广泛的应用[1]。
offner成像光谱仪的设计方法
offner成像光谱仪的设计方法英文回答：Designing an Offner imaging spectrometer involves several key steps and considerations. The Offner configuration is a popular choice for its compactness and ability to provide high spectral resolution. Here is a step-by-step guide to designing an Offner imaging spectrometer:1. Determine the spectral range and resolution requirements: The first step is to define the desired spectral range and resolution for the spectrometer. This will depend on the specific application and the types of samples or phenomena that need to be analyzed.2. Select the correct optics: The Offner configuration consists of two concave mirrors and a convex grating. The choice of optics is crucial to achieve the desired performance. The mirrors should have a high reflectivityand low scattering, while the grating should have a high diffraction efficiency and low stray light.3. Calculate the design parameters: The design parameters of the Offner spectrometer include the focal lengths of the mirrors, the radius of curvature of the grating, and the distance between the mirrors. These parameters need to be carefully calculated to ensure proper imaging and dispersion.4. Consider aberrations: Offner spectrometers are prone to various aberrations, such as astigmatism and coma. These aberrations can degrade the spectral and spatial resolution. It is important to analyze and minimize these aberrations through careful design and optimization.5. Optimize the system: Once the initial design is complete, it is necessary to optimize the system for better performance. This can involve adjusting the mirror curvatures, grating position, or other parameters toachieve the desired spectral resolution and image quality.6. Test and calibrate: After the design and optimization, the Offner spectrometer needs to be tested and calibrated. This involves measuring the spectral and spatial resolution, as well as characterizing any remaining aberrations or distortions. Calibration methods, such as using known spectral sources or calibration standards, can help ensure accurate measurements.7. Consider practical constraints: Finally, it is important to consider practical constraints in the design, such as size, weight, and cost. Offner spectrometers can be quite compact, but trade-offs may need to be made to meet specific requirements.中文回答：设计Offner成像光谱仪涉及到几个关键步骤和考虑因素。
微型近红外光谱仪系统的设计模板
微型近红外光谱仪系统的设计1微型近红外光谱仪系统有关理论1.1近红外光谱仪系统的工作原理近红外光谱是因为分子振动能级的跃迁(同时陪伴转动能级跃迁)而产生的。
近红外剖析技术是依照被检测样品中某一化学成分对近红外光谱区的汲取特征而进行定量检测的一种方法，它记录的是分子中单个化学键基频振动的倍频和合频信息，它的光谱是在 700--2500 nm 范围内分子的汲取辐射。
这与惯例的中红外光谱定义同样，汲取辐射致使原子之间的共价键发生膨胀、伸展和振动，中红外汲取光谱中包含有C-H 键、 C-C 键以及分子官能团的汲取带。
但是在NIR 丈量中显示的是综合波带与谐波带，它是R-H 分子团 (R 是 O、C、N 和 S)产生的汲取频次谐波，并经常受含氢基团X-H(C-H 、N-H 、 O-H)的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，丈量的主假如含氢基团X-H 振动的倍频和合频汲取。
图 1.1 是近红外技术的剖析过程图，左边箭头是建模过程，右边箭头是检测过程。
图 1.1 近红外技术剖析过程图1.2 近红外光谱仪光学系统基本理论在近红外光谱剖析系统中，用于丈量近红外光谱的近红外光谱仪是系统的基础，而分光光学系统是光谱仪的中心。
1.2.1 色散原理色散系统是光谱剖析仪器中的重要构成部分，色散系统的选择与设计直接关系到光谱仪器的性能。
按其工作原理可分为空间色散型和干预调制型。
空间色散型包含物质色散、多缝衍射和多光束干预；而调制型主要为傅里叶变换分光、哈达玛变换分光和光栅调制分光等，这里主要介绍衍射色散分光。
在物理光学中，能够把光波当作在空间散布的标量电磁场，因为光波的颠簸性质，当光波经过拥有必定宽度狭缝时，会发生衍射现象。
假如光波同时经过两个相邻的狭缝时，由两狭缝发出的光波将在产生干预的同时还会遇到单缝衍射的调制。
由此类推，关于多缝衍射，能够以为多缝衍射光强是多光束干预光强被单缝衍射光重申制的结果，这就是衍射光栅的工作原理。
轻小型高光谱成像仪前置望远系统设计_汤天瑾
三反结构参数基础上优化而来的。同轴三反基本结 构如图 2 所示，主镜 M1、次镜 M2 和三镜 M3 的顶 点曲率半径分别为 R1、R2 和 R3，主镜与次镜、次镜 与三镜、三镜与焦面的间隔分别为 d1、d2、d3，l2、
l2 、 l3 和 l3 分别为次镜和三镜对应的物距和像距，
系统像方焦距为 f ，主镜的焦距为 f1 。 对于望远系统，假定物体位于无穷远，入瞳位 于主镜上，主镜、次镜及三镜的二次曲面系数分别 为 e12 、 e22 和 e32 。 本文所设计的光谱仪前置望远系统需要实现像 方远心，为了满足这一要求，需要将孔径光阑设置 在次镜上， 并使孔径光阑到三镜的距离为三镜顶点曲率半径的一半， 即孔径光阑位于三镜的物方焦点处，
同轴三反基本结构如图分别为次镜和三镜对应的物距和像距系统像方焦距为对于望远系统假定物体位于无穷远入瞳位于主镜上主镜次镜及三镜的二次曲面系数分别本文所设计的光谱仪前置望远系统需要实现像方远心为了满足这一要求需要将孔径光阑设置在次镜上并使孔径光阑到三镜的距离为三镜顶点曲率半径的一半即孔径光阑位于三镜的物方焦点处同轴三反望远系统结构fig2coaxialthreemirrortelescopesystemconfiguration462015年第36分别为次镜对主镜三镜对次镜的放大率求解非球面二次非球面系数的值校正球差彗差像散和匹兹万场曲得到多组解
结构特点，分析了高光谱成像仪前置望远系统的设计特殊性，利用同轴反射系统的几何光学理论求解方 法，给出了一种长焦距、大视场的高光谱成像仪前置望远离轴三反远心系统的设计思路和设计结果，光 学系统焦距 2 500 mm，视场角达到 12°。分析表明，该设计在奈奎斯特频率 71.4 线对/mm 处调制传递函 数接近衍射极限，结构紧凑，不仅适用于 Offner 型光谱仪前置望远光学系统，还可用于其它大视场远心 光学系统。 关键词 高光谱成像 前置望远系统 离轴三反 初始结构 像质 空间遥感 中图分类号: TN21 文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2015)01-0043-06
安捷伦CARY630FTIR光谱仪
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求也 随之提高 ，小型化 、 高光谱分 辨率 和高空 间分辨率 成为 发展趋势 ，这就要求设计者要不 断完 善和 优化设 计 。正是在 这样 一个背景下 ，提出 了成像光谱仪 一体 化设计 的方法 ，即 不单 纯地进行光谱仪分光 系统 的设计 ， 而是将 光谱仪 分光系
收０ ０ １１ —９
第３卷 ， ３ ２ 第 期
２０ １２年 ３月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ ２ Ｎ ． ，ｐ ３ －４ ｏ． ， ｏ ３ ｐ ８ ９８ ３ ３
Ｍａｃ ｒ ｈ，２ １ ０２
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
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统焦距： 一３ ｌ； ／ ０ － 光学系统相对孔径： ／ ｍｎ Ｄ 厂一１ ３ ５ ： ：；
Ｃ Ｓ＿ 等 ，这些 超光谱 成像 光谱 仪 主要应 用在机 载 和星 载 Ａ Ｉ］ ６
的有效载荷 当中。近年来我 国在军事 、民用等领 域对超 光谱
成像光谱仪 的需求也呈 上升趋势 ， 各种用 途的超光 谱成像光
谱仪被广泛地应用 于国民经 济建设和 国防建设 当 中，对 于超 光谱成像技术 的研究也越来越 深入和广泛ｌ ］ ＿ 。 ７ 随着超光谱成像技术 的发展 ， 对超光谱 成像光谱 仪 的要
设计思想 的正确性 。
在遥感平 台上 以高空 间分辨 率和高光谱分辨率获取物质光谱 图像 ，即获取被观测 区域 （ 物体） 或 的表观 图像信 息及理化 生
ｌ 凸面光栅成像光谱仪一体 化设 计过程
１ １ 凸面光栅 成像光谱仪基本原理 ． 凸面光栅成像光谱仪 系统 由前 端望远系统和后端分光系 统组成 ， 中分光 系统 是从 同心 Ｏ ｆｅ 三反射镜光学系统演 其 ｆ ｒ ｎ 变而来的 ， 其 中的第 二 反射 镜 改 为 凸面 光栅 ，既保 留 了 将
作者简介 ： 崔继承 ， ９ ６ １ ７ 年生 ， 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所副研究员
ｅ ａ ： ｉ ｅｇ ｃｉ ａ ｏ ．ｏ ．ｎ － ｉ ｊ ｈｎ ＿ ｕ ｍ ｌ ｃ ＿ ＠ｙ ｈｏ ｃｒ ｃ ｎ
８０ ４
光谱学 与光谱分析
第３ ２卷
的探测 目标 条带 经望远系统成像在狭缝 上 ， 后经 凸面光栅分
物等物质构成光 谱信 息 ， 是传 统光 谱分 析技 术 （ 即定性 、定 量分析） 向现代光谱分 析技术 （ 即定性 、定量 、定 时 、 位 分 定 析） 发展 的重要 载体 ，在 军事 侦察 、资源 勘查 、自然 灾 害监
控、 环境 污染评 估 、医学诊 断治疗 等诸 多领域 具有广 阔 的应
统置于整体结构 中进行整体 系统设计 和优化 ，从而实 现超光
引 言
超光谱成像光谱仪 是光 谱成像技术 的基 本设备 ，它是 在
传统光谱分析仪器基础 上发 展而成的遥感仪 器 。 用它可 以 利
谱成像光谱仪 的最佳设计 ，以近年来应用较 为广泛 的凸面光 栅成像光谱仪为例 ，介绍 了整个设计 过程 和测试 ， 验证 了该
凸面光栅成像光谱仪 的测试验证 了该方法 的正确性 。 关键词 成像 光谱仪 ； 型化 ； 小 光谱 ；凸面光栅
文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ：１ ． ９ ４ｊｉ ｎ １ ０—５ ３ ２ １ ）３０ ３ —５ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ２ ０ —８ ９０ ｓ
中 图分 类 号 ： ＴＨ７ １ ４ ４ ．
光系统分光形成 光谱像并 被探测器 接收。通过空 间连续推扫 方式获得 目标的成像 数据立方 ， 目标进行空 间分析和光谱 对
统 中， 一 ７ ｆｌ ／ 一 ３ ｒ， ｚ ｌ ， ｒｆ ｒ ０ ｎ 因此 光学 系统 的视 场角 为 ２， ｒｎ ｃ ｃ ２×６ ６。 最终得到前端光学系统的设计参数如 ： ．６， 光学 系
用前 景 。自从 Ｇ ｅｚ ｏ ｔ 提出超光谱成像的概念至今经 过 ２ ［ Ｏ多
Ｏ ｎｒ ｆ ｅ 系统对称消像差 的特点又能实 现光谱分离 ，因此该结 构也称为 Ｏｆ ｅ 成像光谱仪 ＿ ］ ｆ ｒ ｎ １ ，其结 构如图 １ 所示 。
年的发展 ， 各国已经在超光谱成像领域研 制 出了多种成像光 谱仪＿ ，比较 具 有代 表 性 的有 ＡＶ ＲＩＥ ２ ］ Ｉ Ｓ ，ＨＹ Ｃ Ｃ 和 ＤＩ Ｅ５ ］
成 像 光 谱 仪 一体 化 设计
崔继承 ， 玉娟 ， 明忠 唐 玉 国 刘 潘 ，
ｉ ．中国科学 院长 春光学精 密机械 与物理研究所 ，吉林 长春 ２ ．中国科学 院研究 生院，北京 １０ ４ ００９ １０ ３ ３０ ３
摘 要 随着超 光谱 成像技术的发展 ，超光谱成像光谱仪 的要求也 随之提高 ， 型化 、高光谱分辨率和高空 小 间分辨率成 为发展趋势 ， 这就要求设计 者在进行仪 器设计 的过程 中不 断完善 和优化设 计 。提 出了成像 光谱 仪一体化设计 的方法 ，即不单 纯地 进行光谱仪分 光系统 的设计 ， 而是 将光 谱仪分 光系统 置于整 体结 构 中进 行整体 系统设计 和优化 ， 从而 实现超光谱成像光谱 仪 的最佳设计 结果 ，并 以近年 来应用较 为广 泛 的凸面光 栅成像光谱仪 为例 ， 较为详细地 阐述了成像光谱仪 一体化 设计 方法在 系统研 制过程 中 的应 用 ，并通过 对该
Ｆ ｇ １ Ｏｆ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｕ ｉ ｇ ｎ ｙ ｔｍ ｆｃ ｎ ｅ ｒ ｔ ｇ ｉ． ｆ ｅ ｐ ｃ ｒ ｍ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｖ ｘ ｇ ａ ｉ ｎ
凸面光栅 成像光谱仪工作原理如 图 ２所示 。沿狭缝方 向
基金项 目：国家创新方法工作专项项 目（０ ８Ｍ０ ０ ０ ） ２ ０ Ｉ ４ ７ ０ ，吉林 省科技 支撑计 划项 目（０ Ｏ ０ １ 资助 ２１６１）